CC BY
12
УДК 621.9.06-52
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ФАКТИЧЕСКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ
С НЕЯВНО ВЫРАЖЕННОЙ АСИММЕТРИЕЙ ТОРЦОВ
Е.В. Пантюхина
Рассмотрены разработанные программы для расчета фактической производительности механических дисковых бункерных загрузочных устройств для полых и сплошных осесимметричных деталей формы тел вращения с неявно выраженной асимметрией торцов.
Ключевые слова: автоматическая загрузка, бункерное загрузочное устройство, детали с неявной асимметрией, программа расчета производительности.
Осесимметричные детали формы тел вращения с неявной асимметрией торцов довольно часто встречаются в отраслях специального машиностроения. Для обеспечения надежной и производительной загрузки таких деталей в технологические машины и линии сборочного производства были разработаны системы автоматической загрузки на базе усовершенствованных конструкций механических дисковых бункерных загрузочных устройств (БЗУ), основное описание и принцип работы которых изложены в работах [1 - 8]. В устройствах реализовано разделение функций захвата и ориентирования, при этом конструкция захватывающего органа обеспечивает наибольшую вероятность захвата деталей, а ориентирующего - их надежное пассивное ориентирование.
Для оценки фактической производительности усовершенствованных конструкций на базе комплексного подхода были разработаны математические модели, которые позволяют на стадии проектирования учесть влияние на производительность БЗУ его конструктивных параметров и параметров, характеризующих деталь [9 - 16]. Адекватность и корректность разработанных математических моделей производительности была подтверждена результатами экспериментальных исследований.
Предложенный подход для оценки производительности механических дисковых БЗУ легла в основу программного обеспечения системы автоматизированного проектирования некоторых усовершенствованных конструкций БЗУ. Ниже представлены разработанные в среде PascalABC.net программы расчета фактической производительностей БЗУ для различных типов осесимметричных деталей формы тел вращения с асимметрией торцов.
Программа расчёта производительности БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором для стержневых деталей, один из торцов которой выполнен в виде усеченного конуса [1], позволяет по исходным данным (геометрические параметры детали, коэффициент трения детали об элементы конструкции, конструктивные и кинематические параметры БЗУ) рассчитать максимальную производительность БЗУ и выбрать ско-
рость, при которой будет обеспечиваться требуемая производительность [17]. Программа позволяет производить расчеты в автоматическом режиме, а также в режиме верификации с визуализацией результатов. Интерфейс и окно программы представлены на рис. 1.
Рис. 1. Окно программы для расчета производительности БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором
Исходное окно разработанной программы состоит из трех блоков. В первом блоке необходимо ввести исходные данные: размеры детали (диаметр цилиндрического торца, диаметр конического торца, расстояние до центра масс от цилиндрического торца, длина детали, длина цилиндрического торца, угол при вершине конического торца),
параметры БЗУ (угол наклона бункера, диаметр бункера, высота радиального паза в доле от диаметра цилиндрического торца, число карманов);
коэффициент трения детали о стенки бункера. Для корректного ввода соответствующих параметров рядом с окном ввода указаны размерности.
Например, для детали формы тел вращения с неявной асимметрией по торцам с параметрами = 9,3 мм, й2 = 6,9 мм, хцм = 13,36 мм,
I = 26,7 мм, ¡1 = 20,8 мм, Ь = 11,5° и БЗУ с параметрами «бун = 45°,
В = 0,4 м, к = 40, Ик = 0,5^1, коэффициент трения т = 0,35, окно после ввода информации будет выглядеть следующим образом (рис. 2).
После ввода исходных данных для расчета необходимо нажать кнопку «Рассчитать».
Размеры детали ■(м):
Диаметр цилинрического торца
0.00ЭЗ
Диаметр конического торца О.ЭОбЭ
Расстояние до центра масс от цилинрического торца
0.01336
Длина детали
00267
Длина цилинрического торца 0.0208
Угол при вершине конического торца градусах)
Рис. 2. Первый блок программы для расчета производительности БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором с введенными исходными данными
После этого во втором блоке программы появятся результаты первого этапа расчета: значения скорости, при которой производительность БЗУ максимальна, и максимальной производительности (рис. 3).
Скорость, при которой произврдительность максимальна (м/с) 0.204502303133627
Максимальная производительность (шт./мин)
134.057952609606
Выбор скорости (м/с)
Рассчитать
Рис. 3. Второй блок программы для расчета производительности
БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором с первым этапом расчета
Далее пользователю необходимо ввести значение выбранной скорости в диапазоне от 0 до скорости, указанной во втором блоке при расчете (в приведенном примере до 0,2045 м/с).
При этом необходимо учитывать, что рекомендуемая максимальная скорость должна быть на 10.. .20 % меньше той, которая получена в расчете. Тогда в данном случае следует выбрать и ввести значение скорости из диапазона от 0 до 0,1845 м/с. Выбираем и вводим значение 0,16 м/с и нажимаем кнопку «Рассчитать».
Становится активным третий блок программы с заключительным этапом расчета, который выводит на экран значения коэффициента выдачи, фактической производительности БЗУ при выбранной скорости и преобразует выбранное значение в частоту вращения диска (рис. 4).
Программа расчета производительности БЗУ выдает ошибку в двух случаях: одна из ячеек не заполнена и остается пустой; целая часть значений указанных параметров от его дробной части разделяются не точкой, а запятой.
БЗУ:
Угол наклона бункера -(в градусах) 45
Диаметр бункера -(м)
0.4
Высота радиального паза, доля от диаметра цилинрического торца
05
Число карманов 40
Коэффициент трения детали о стенки бункера
0.351
7.63943726341 ОЭВ
Рис. 4. Третий блок программы для расчета производительности БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором с заключительным этапом расчета
Программа расчёта производительности вертикального БЗУ с роликами для полых и сплошных ступенчатых деталей цилиндрической формы [18] работает аналогично предыдущей программе. Интерфейс и окно программы представлены на рис. 5.
Рис. 5. Окно программы для расчета производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для полых и сплошных ступенчатых деталей цилиндрической формы
Отличие интерфейсов программ заключается в том, что в первом блоке программы необходимо выбрать тип загружаемой детали - сплошная или полая, поставив в соответствующем квадратике под схемой галочку (образуется автоматически при нажатии на область ячейки).
В первом блоке необходимо ввести исходные данные: размеры детали (диаметр (большего) цилиндрического торца, диаметр асимметричного (наименьшего) торца, общую высоту детали, высоту большего (цилиндрического) торца), ячейку (диаметр отверстия заполняется только для полой детали) - в данном случае она активна, для сплошных деталей данное поле затемнено; параметры БЗУ (угол наклона бункера, диаметр бункера, количество роликов); коэффициент трения деталей о стенки бункера.
В отличие от предыдущей программы координата центра масс вычисляется автоматически внутри программы специальным модулем.
После ввода исходных данных для расчета необходимо нажать кнопку «Рассчитать».
После этого во втором блоке программы появятся результаты первого этапа расчета: значения скорости, при которой производительность БЗУ максимальна, и максимальной производительности. Далее пользователю необходимо во втором блоке программы ввести значение выбранной скорости в диапазоне от 0 до скорости, указанной во втором блоке при расчете, учитывая, что рекомендуемая максимальная скорость захватывающих органов БЗУ должна быть на 10 - 20 % меньше той, которая получена в расчете.
После ввода значения скорости необходимо нажимать кнопку «Рассчитать», и становится активным третий блок программы, который выводит на экран значения коэффициента выдачи, фактической производительности БЗУ при выбранном значении скорости и преобразует его в частоту вращения диска.
Рассмотрим пример расчета производительности вертикального БЗУ с роликами для полых ступенчатых деталей цилиндрической формы с параметрами й\ = 17 мм, й2 = 12 мм, к = 12 мм, к = 9 мм и вертикального
БЗУ с параметрами абун = 30°, В = 0,225 м, к = 24, коэффициент трения
т = 0,45 . После ввода исходных данных нажимаем клавишу «Рассчитать» и во втором блоке программы появляются результаты первого этапа расчета: значения скорости, при которой производительность БЗУ максимальна, и максимальной производительности. Затем во втором блоке программы было введено значение выбранной скорости в диапазоне от 0 до 0,317 м/с с учетом того, что рекомендуемая максимальная скорость захватывающих органов БЗУ должна быть на 0,0317 - 0,0634 м/с меньше той, которая получена в расчете. Вводим значение 0,25 м/с и нажимаем кнопку «Рассчитать». После этого стал активным третий блок программы с заключительным этапом расчета и выводом на экран значений коэффициента выдачи, фактической производительности вертикального БЗУ при выбранном зна-
437
чении скорости и преобразованным значением скорости в частоту вращения диска. Окно программы после ввода информации будет выглядеть следующим образом (рис. 6).
Пара метры детали
1-11
Параметры БЗУ
Угол наклона бункера (в градуса*):
Диаметр бункера, г
0.225
Количество роликов:
1^1 Сплошная [£/] Полая
Диаметр (большего) цилиндрического торца, м 0.017
Диаметр асимметричного {меньшего) торца, м:
0.012
Общая высота детали, м: 0.012
Высота (большего) цилиндрического торца, м:
Коэффициент трения деталей о стенки бункера;
Диаметр отверстия, м: (только для полых деталей) 0.01
Рассчитать
Скорость при которой производательность максимальна, м/с: Максмлатъная производательность. шт./мин
Введите значение окружной скорости, м/с:
0 316858779800393
215.38068456511
0.25
Рассчитать
Коэффициент выдачи:
0-307804632459071
Фактическая производительность. шт.У
156.763612039825
Частота вращения диска, об ./мин:
21 2206590789194
Рис. 6. Программа расчета производительности вертикального БЗУ с роликами для полых ступенчатых деталей цилиндрической формы
Программа расчета производительности БЗУ выдает ошибку в тех же случаях, что и предыдущая программа.
Программа расчёта производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для полых и сплошных деталей формы тел вращения с коническим торцом [19] предназначена для расчета производительности БЗУ для деталей формы тел вращения с отношением высоты к наибольшему диаметру детали, равным не более единицы, трех типов: сплошных с коническим торцом, сплошных с торцом в виде усеченного конуса и полых деталей с торцом в виде усеченного конуса. Она позволяет пользователю выбрать один из трех типов детали и по исходным данным (геометрические параметры детали, коэффициент трения детали об элементы конструкции устройства, конструктивные и кинематические параметры устройства) рассчитать максимальную производительность устройства и выбрать скорость, при которой будет обеспечиваться требуемая производительность. Интерфейс и окно программы представлены на рис. 7.
Рис. 7. Окно программы расчета производительности вертикального БЗУ с роликами для полых и сплошных деталей с коническим торцом
Исходное окно разработанной программы аналогично предыдущему. Отличие интерфейсов программ заключается в том, что в первом блоке программы необходимо выбрать один тип загружаемой детали не из двух, а из трех различных типов: сплошные детали с коническим неусечённым или усеченным торцом; полая деталь с коническим неусечённым торцом.
Разработанные программы построены на результатах математического моделирования процессов захвата, определяющего наиболее благоприятные условия для захвата деталей, учитывают вероятностный характер процесса захвата и взаимосвязанное влияние на производительность БЗУ его основных кинематических и конструктивных параметров и параметров детали.
Результаты многолетних исследований легли в основу единой методологии комплексного подхода для оценки фактической производительности [20]. Целью дальнейших теоретических исследований являются обобщение полученных результатов и разработка единого программного обеспечения САПР механических дисковых БЗУ для различных типоразмеров осесимметричных деталей формы тел вращения с асимметрией торцов.
Список литературы
1. Бункерное загрузочное устройство: пат. № 64977 РФ. Опубл. 27.07.2007. Бюл. № 21.
2. Бункерное загрузочное устройство: пат. № 100942 РФ. Опубл. 10.01.2011. Бюл. № 1.
3. Бункерное загрузочное устройство: пат. № 106577 РФ. Опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
4. Бункерное загрузочное устройство для стержневых заготовок с цилиндрической формой одного из торцов и конической формой другого: пат. № 158620 РФ. Опубл. 20.01.2016. Бюл. № 2.
5. Бункерное загрузочное устройство: пат. № 159403 РФ. Опубл. 10.02.2016. Бюл. № 4.
6. Бункерное загрузочное устройство для заготовок с цилиндрической формой одного из торцов и конической формой другого: пат. № 164711 РФ. Опубл. 10.09.2016.
7. Бункерное загрузочное устройство: пат. № 170000 РФ. Опубл. 11.04.2017. Бюл. № 11.
8. Бункерное загрузочное устройство для цилиндрических заготовок с конической формой одной из концевых частей: пат. № 2020610979 РФ. Опубл. 23.04.2020. Бюл. № 12.
9. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2009. № 11. С. 23-30.
10. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Провоторова К.Н. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с тангенциальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2014. №10. С. 7-10.
11. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 104113.
12. Пантюхина Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель и оценка производительности механического зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Сб. тр. XXI Между-нар. научно-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века», 15-20 сентября 2014 г. в г. Севастополе. Донецк: МСМ, 2014. С. 62-65.
13. Давыдова Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности механического дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с параметрическими отказами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2015. № 10. С. 11-15.
14. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Чурочкин А.В. Математическая модель производительности вертикального бункерного загрузочного устройства для плоских асимметричных предметов обработки // Прогресивш технологи i системи машинобудування. 2016. № 3 (54). С. 36-40.
15. Pantyukhina E. V., Preis V. V., Khachaturian A. V. Feed rate evaluation of mechanical toothed hopper-feeding device with ring orientator for parts, asymmetric at the ends // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1260. P. 032032. DOI: 10.1088/1742-6596/1260/3/032032.
16. Хачатурян А.В., Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Математическая модель фактической производительности зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором для пустотелых деталей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 98-110.
17. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2019660535. Программа расчёта производительности бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором для деталей формы тел вращения с неявной асимметрией по торцам / Е.В. Пантюхина Опубл. 07.08.2019.
18. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2020610979. Программа расчёта производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для полых и сплошных ступенчатых деталей цилиндрической формы / Е.В. Пантюхина, И.В. Пузиков. Опубл. 23.01.2020.
19. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2020617114. Программа расчёта производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для полых и сплошных деталей формы тел вращения с коническим торцом / Е.В. Пантюхина, И.В. Пузиков. Опубл. 30.06.2020.
20. Pantyukhina E. V. Integrated approach methodology for evaluating the feed rate of mechanical disk hopper-feeding devices // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conference Series. 2020 Vol. 1546. P. 012024. DOI: 10.1088/1742-6596/1546/1/012024.
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, elen-davidova@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SOFTWARE DEVELOPMENT TO CALCULATE THE ACTUAL FEED RATE HOPPER-FEEDING DEVICES FOR PARTS WITH AN IMPLICIT ASYMMETRY
OF THE ENDS
E. V. Pantyukhina
The article considers the developed programs for calculating the actual feed rate of mechanical disk hopper-feeding devices for hollow and solid axisymmetric parts of the shape of bodies of rotation with an implicit asymmetry of the ends.
Key words: automatic feeding, hopper-feeding device, parts with implicit asymmetry, feed rate calculation program.
Pantyukhina Elena Viktorovш, candidate of technical sciences, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state university
